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5G時代來襲!這些高分子材料與你生活有很大關系!

發布日期: 2019-3-28 20:59:24
內容摘要:
泰達橡塑為大家分享5G通訊是依靠半導體材料和器件,實現無線電磁波遠距離傳輸、收發、處理的通信技術?!?/div>

泰達橡塑為大家分享5G通訊是依靠半導體材料和器件,實現無線電磁波遠距離傳輸、收發、處理的通信技術。

相比傳統4G等通信技術,5G需符合全頻譜接入、高頻段乃至毫米波傳輸、高頻譜效率三大基礎性能要求,因此對器件原材料也提出更高的性能和升級的需求,例如大規模集成化、材料具有高介電常數和低介電損耗,及材料具有高電子遷移率等。

根據IHS研究機構的預測,到2035年,單單5G行業鏈就將達到3.5萬億美元經濟輸出,并將創造2200萬個工作崗位。

更值得關注的是,5G將為全球多個行業的銷售活動創造達12.3萬億美元的價值,這將占據全球總銷售活動的4%的價值!


 那么,5G時代,

哪些高分子材料更受歡迎?

手機天線:
 LCP液晶聚合物成新寵

作為無線通信的重要一環,天線技術革新是推動無線連接發展的關鍵動力。隨著5G的逼近和物聯網時代的規模部署,天線在5G網絡中的作用將越來越重要,發展前景亦一片大好。

以智能手機為例,由于行業和市場發展,隨著手機外觀設計的一體化和高度集成化,內部空間不斷減少,這對于天線的設計可以說是極高的難度。

手機上的多個元器件需要用到軟板連接

手機的天線已經從早期的外置天線發展為內置天線,同時軟板已經成為主流工藝,超過7成。

就目前而言,手機天線軟板基材主要是PI,但鑒于 PI基材介電常數和損耗因子較大,且吸潮性較大、高頻傳輸損耗嚴重及結構特性較差,令其未能很好地滿足5G對材料性能的需求。

隨著5G科技的到來,LCP(工業化液晶聚合物)成為一種理想天線材料。它是80年代初期發展起來的一種新型高性能特種工程塑料,在熔融態時一般呈現液晶性。

LCP具有超卓的電絕緣性能,其介電強度高過一般工程塑料,耐電弧性良好。即使連續使用溫度200-300℃,也不會影響其電性能。間斷使用溫度更高達316℃左右!

相比PI,LCP材料介質損耗與導體損耗更小,且更具靈活性和密封性,因而在制造高頻器件應用方面前景可觀。隨著4G向高頻高速的5G網絡邁進,LCP也有望成為替代PI的新軟板工藝。

舉個例子,蘋果推出的iPhoneX就首次采用了多層Liquid Crystal Polymer天線,而iPhone XS/XS Max/XR均使用了多根LCP天線。

在上游生產方面,主要生產商包括Du Pont、Ticona、住友、寶理塑料、東麗等,例如住友作為LCP樹脂主要生產商之一,就表示看好LCP樹脂在5G時代的關鍵應用,相信未來LCP的應用會越來越重要。

 

MPI改性聚酰亞胺:
5G手機天線材料后起之秀

LCP作為手機天線材料,雖然優點多多,但在實際應用中,也面臨不少挑戰。

據外媒報道,分析師郭明錤在其一份有關2019年新iPhone的報告指出,鑒于Apple LCP原材料供貨商議價力較低及新LCP 軟板供貨商不足等因素,2019年蘋果手機將會結合LCP和最新的MPIModified PI)技術,以迎合和推進5G技術。

那么MPI又是什么呢?Modified PI其實是配方經過改進的聚酰亞胺天線。MPI作為非結晶性材料,操作溫度寬、在低溫壓合銅箔下容易操作,表面能夠容易與銅相接,因此,未來MPI材料也可能成為5G設備一大受歡迎材料。

 

天線罩:
多種樹脂基體派上用場

由于5G天線遵循MIMOMultiple-Input Multiple-Output)概念,意思是多輸入多輸出,這意味著一個基站內可安裝多個天線,而這些天線的尺寸又很小,需要天線罩的保護。

天線罩要具有良好的電磁波穿透特性,機械性能上要能經受外部惡劣環境的侵蝕如暴風雨、冰雪、沙塵以及太陽輻射等。

在材料要求方面,要求在工作頻率下的介電常數和損耗角正切要低,及要有足夠的機械強度。

一般而言,充氣天線罩常用涂有海帕龍橡膠或氯丁橡膠的聚酯纖維薄膜;剛性天線罩用玻璃纖維增強塑料;夾層結構中的夾心多用蜂窩狀芯子或泡沫塑料。

而在5G趨勢下,性能優越的復合材料成為備受歡迎的天線外罩材料。復合材料能起到絕緣防腐、防雷、抗干擾、經久耐用等作用,而且透波效果非常好。

透波復合材料由增強纖維和樹脂基體構成,通常,增強材料的力學性能和介電特性均優于樹脂基體,故此復合材料的透波性能主要取決于樹脂基體的性能。

因此,選擇具有優良電性能的樹脂基體至關重要,同時樹脂在復合材料中也起膠粘劑的作用,是決定復合材料耐熱性的基本成分。

 

樹脂基體主要選擇包括:

傳統的不飽和聚酯樹脂(UP)、環氧樹脂(EP)、改性酚醛樹脂(PF)以及近年來開始研究和應用的氰酸酯樹脂(CE)、有機硅樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂(BMI)、聚酰亞胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)等新型耐高溫樹脂。

 

PC/PMMA塑料復合材料:
5G時代手機后蓋之選

5G時代,對 5G應用設備材料提出了更嚴苛的要求。由于5G走的是對金屬敏感的毫米波,使用金屬外殼將會屏蔽信號。以手機材料為例,5G條件下去金屬化已然成為一種趨勢。

而趨向使用的材料有玻璃、陶瓷和復合板等非金屬材料,例如,塑料復合材料就憑著優越的性能,成為手機后蓋的潮流選擇。

當中,最熱門的要數PC/PMMA復合板材。這種材料是將PMMAPC通過共擠(非合金材料)制得,包括PMMA層和PC層。

PMMA層加硬后能達到4H以上的鉛筆硬度,保證了產品的耐刮擦性能,而PC層能確保其具有足夠的韌性,保證了整體的沖擊強度。

在這方面,可參考科思創Makrofol系列的PC+PMMA聚碳酸酯復合薄膜,其用在塑料仿玻璃手機背蓋上時具有高光澤度,易于3D成型、NCVM、UV轉印等后加工處理。

科思創Makrofol系列的PC+PMMA聚碳酸酯合薄膜打造的手機后蓋

 

石墨烯:
理想的5G設備導熱散熱材料

高頻率、硬件零部件的升級以及聯網設備及天線數量的成倍增長,設備與設備之間及設備本身內部的電磁干擾無處不在,電磁干擾和電磁輻射對電子設備的危害也日益嚴重。

與此同時,伴隨著電子產品的更新升級,設備的功耗不斷增大,發熱量也隨之快速上升。

未來高頻率高功率電子產品要著力解決其產生的電磁輻射和熱。
為此,電子產品在設計時將會加入越來越多的電磁屏蔽及導熱器件。因此電磁屏蔽和散熱材料及器件的作用將愈發重要,未來需求也將持續增長。
以導熱石墨烯為例,5G手機有望在更多關鍵零部件部位采用定制化導熱石墨烯方案,同時復合型和多層高導熱膜由于具備更優的散熱效果而將會被更多采用。



聚四氟乙烯:
極佳的高頻PCB板材料

高頻PCB板對材料性能要求包括介電常數(Dk)必須小而且很穩定、與銅箔的熱膨脹系數盡量一致。

同時吸水性要低,否則受潮時會影響介電常數與介質損耗。另外耐熱性、抗化學性、沖擊強度、剝離強度等亦必須良好。

 

高頻PCB

熱塑性材料聚四氟乙烯(PTFE)具有耐高溫特點,使用工作溫度達250℃。在較寬頻率范圍內的介電常數和介電損耗都很低,而且擊穿電壓、體積電阻率和耐電弧性都較高,是理想的PCB板材料。
 

PTFE還可通過各種形式的填料如玻璃纖維或陶瓷材料加固增強及可改善材料的熱膨脹系數,材料兼具PTFE材料本身具有的低的溫度特性和電氣特性,非常適合于高頻毫米波多層板的應用。


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